DK176853B1 - Fremgangsmåde, apparat og computerprogramprodukt til injektion af ström - Google Patents

Description

i DK 176853 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde, et apparat og et computerprogramprodukt til injektion af strøm.

Læren heri angår generelt teknikker til hurtig kompensering af fase- og amplitudeinformation i et elektrisk signal.

5 Mange lande fordrer nu, at vindmøller, der anvendes som elgene reringsanlæg, forbliver forbundet til elforsyningsnettet, når der optræder fejl på forsyningsnettet. Det at forblive forbundet under systemfejl (ofte omtalt som "det at klare sig gennem lavspændinger") kan være en udfordring ud fra et ingeniørmæssigt synspunkt. Vigtigst er måske, at 10 fase- og amplitudeinformationen af sekvenskomposanterne i forsyningsnetsignalet hurtigt og nøjagtigt skal gøres tilgængelig for møllens styresystemer. Dette gør det muligt for styresystemerne at foretage rettidige justeringer af vindmøllen, hvorved indvirkningen fra eventuelle større signaltransienter dæmpes, og udløsning af vindmøllen således 15 forhindres.

Generelt er det primære mål for et effektgenereringsaktiv at styre positiv sekvens-spænding. Traditionelle strømregulerede tiltag forsøger implicit at eliminere negativ sekvens-strømmen. For et vindmøllesystem, der anvender en dobbeltfødet asynkrongenerator ved tilstedevæ-20 relse af en lastfejl eller et ubalanceforhold, fordrer dette en omformer på rotorsiden for at understøtte en negativ sekvens-spænding og levere negativ sekvens-strøm. Desværre kan møllesystemer være begrænsede i deres evne til at levere tilstrækkelig negativ sekvens-spænding, -strøm elier -effekt. Dette fører til forringelse af systemstyrbarhed og gentagen 25 aktivering af beskyttelsesforanstaltninger (f.eks. et overspændingsbeskyttelseskredsløb af "crowbar-typen"), hvorved generatoren og andre møllekomponenter udsættes for gentagne transienter. Der kan anvendes dynamiske bremsemodstande til at shunte effekt fra jævnstrømsbussen, hvilket begrænser aktivering af overspændingsbeskyttelsen og 30 opretholder styrbarhed.

Beskyttelse af et gren- eller fødekredsløb, der er koblet til forsyningsnettet, kan afhænge af, om kredsløbet har en lav impedanskarakteristik for negativ sekvens-spændinger. Det vil sige, at det kan forventes, at grenkredsløbet er i stand til at levere nogen strøm til en negativ 2 DK 176853 B1 sekvens-fejl eller et negativ sekvens-ubalanceforhold. Dette afhænger typisk af forsyningsnettets evne til at understøtte fejlforholdet. Med forskellige præstationsstandarder for genereringsaktiver kan specifikationer for udstyr i nogle tilfælde endvidere fordre negativ sekvens-strøm 5 som respons på negativ sekvens-spænding. Desværre hæmmer traditionelle strømstyringsordninger typisk teknikker til koordineret beskyttelse af gren- og fødekredsløb.

Traditionelle løsninger til at takle disse udfordringer har resulteret i systemer med ikke-lineær adfærd, hvilket gør det vanskeligt at tilveje-10 bringe simple modeller af delsystemelementer til anvendelse i fuldsystemmodeller. Designet af eksperimenter bliver typisk ret komplekst, eftersom der er behov for udtømmende scenarier i forsøget på at dække det ikke-lineære systems locus.

Der er blevet rettet en række ressourcer mod at takle eller under-15 søge driften af genereringsaktiver under forsyningsnetforstyrrelse. Eksempler herpå omfatter en teknik beskrevet i skriftet "Vestas Handles Grid Requirements: Advanced Control Strategy for Wind Turbines", af Bolik, m.fl., hvor der tages talrige skridt, hvoraf det første er at frakoble generatorens stator fra forsyningsnettet.

20 Et andet skrift, "Transient Analysis of Doubly Fed Wind Power In duction Generator Using Coupled Field-Circuit Model11, af Seman m.fl. har undersøgt aspekter af fejl på forsyningsnettet. I den tilgang, som er beskrevet af Seman, styres frekvensomformeren pi rotorsiden af en styrestrategi for modificeret direkte momentstyring (DTC).

25 Et tredje skrift, "Comparison of Fault Ride-Through Strategies for

Wind Turbines with DFIM Generators", af Dittrich, m.fl,, sammenligner forskellige strategier til at klare sig gennem fejl.

Et fjerde skrift, "Experiences on Voltage Dip Ride Through Factory Testing of Synchronous and Doubly Fed Generator Drives", af Niiranen 30 beskriver teknikker til fejlemulering og måleaspekter, der relaterer til systemfejl.

En række af de kendte teknikker til at reagere pi forstyrrelser i forsyningsnettet fordrer anvendelse af et overspændingsbeskyttelseskredsløb af crowbar-typen. Ved anvendelse af denne tilgang er effekt 3 DK 176853 B1 genereringsudstyret typisk ude af stand til at reagere korrekt i lyset af nye standarder og fordringer til genereringssystemer.

Det, der er behov for, er en teknik til at opretholde tilkoblingen af et genereringsaktiv, såsom en vindmølle, til et elforsyningsnet i perioder 5 med lav spænding eller perioder med signalinstabilitet i forsyningsnettet, hvor teknikken koordinerer spændings-, strøm- og effektegenskaberne på en sådan måde, at der tages højde for forsyningsnetforhold med positiv og negativ sekvens for at udvide småsignallineariteten og tilvejebringe reduktioner i selvbeskyttelsestransienter.

10 Som angivet i de ovennævnte publikationer førte systemstyringens respons på de ubalancerede forsyningsnetforhold til anvendelse af "overspændingsbeskyttelsen" på rotorkredsløbet.

Der er beskrevet en fremgangsmåde til modificering af en indvirkning fra en forstyrrelse i et elforsyningsnet på en generator, der er kob-15 let til forsyningsnettet, karakteriseret ved, at fremgangsmåden omfatter at følge i det mindste en komposant med negativ sekvens og en kompo-sant med positiv sekvens i et signal fra elforsyningsnettet; at orientere i det mindste en del af størrelsen af komposanten med negativ sekvens til injektion i elforsyningsnettet; og at injicere den i det mindste ene del 20 i elforsyningsnettet for at modificere forstyrrelsen.

Der er også beskrevet et apparat til modificering af en indvirkning fra en forstyrrelse i et elforsyningsnet på en generator, der er koblet til forsyningsnettet, karakteriseret ved, at apparatet har en styreenhed til at følge i det mindste en komposant med negativ sekvens og en kompo-25 sant med positiv sekvens i et signal fra elforsyningsnettet, til at orientere i det mindste en de! af størrelsen af komposanten med negativ sekvens til injektion i elforsyningsnettet; og til at injicere den i det mindste ene del i elforsyningsnettet for at modificere forstyrrelsen.

Der er endvidere beskrevet et computerprogramprodukt lagret på 30 et maskinlæsbart medium, hvilket produkt har tekniske virkning fra instruktioner til at modificere en indvirkning fra en forstyrrelse i et elforsyningsnet på en generator, der er koblet til forsyningsnettet, ved at følge i det mindste en komposant med negativ sekvens og en komposant med positiv sekvens i et signal fra elforsyningsnettet; at orientere i 4 DK 176853 B1 det mindste en del af størrelsen af komposanten med negativ sekvens til injektion i elforsyningsnettet; og at injicere den i det mindste ene del i elforsyningsnettet for at modificere forstyrrelsen.

Trækkene af og fordelene ved den foreliggende opfindelse vil kun-5 ne indses og forstås af fagmanden ud fra den følgende detaljerede beskrivelse og tegningerne.

Der henvises nu til tegningerne, hvor ens elementer er nummereret ens i de adskillige figurer, hvor: fig. 1 viser aspekter af et styresystem for en vindmølle; 10 fig. 2 viser et eksempel på topologi for en dobbeltfødet asynkron generator (DFIG); fig. 3 viser et eksempel på topologi for en DFIG med et overspændingsbeskyttelseskredsløb; fig. 4 viser et eksempel på topologi for en DFIG med en dynamisk 15 bremse; fig. 5 er et rutediagram, der viser et eksempel på en fremgangsmåde til strømkompensering; fig. 5 viser signalinput til DFIG'en; fig. 7 viser forhold af komposanter med negativ sekvens; 20 fig. 8 er et blokdiagram, der viser aspekter af signalanalyse og be stemmelse af kompenseringsstrøm; fig. 9 er en anden udførelsesform til bestemmelse af aspekter af signalanalyse og bestemmelse af kompenseringsstrøm; fig. 10 er et blokdiagram, der viser aspekter af manipulationer på 25 kompenseringsstrømmen til anvendelse som injektionsstrøm; fig. 11 viser aspekter af evne til injektion af negativ sekvens-strøm og aktiv og reaktiv positiv sekvens-strøm; fig. 12 viser responset af en vindmølle ifølge kendt teknik på en simuleret transient hændelse; 30 fig. 13 viser responset af en vindmølle, som gør brug af læren heri, på den simulerede transiente hændelse; og fig. 14 viser et eksempel på topologi for et fuldeffektomformer-synkronmaskinesystem.

5 DK 176853 B1 Læren heri muliggør bestemmelse af niveauerne af negativ sekvens-spænding i en forstyrrelse og, med undtagelse af korte transiente overspændingskredsløbsbeskyttelser ved initiering af forstyrrelsen, et respons, som tillader styring af de positiv og negativ sekvens-strømme, 5 der løber ind i fejltilstanden. Begrænsninger for positiv og negativ sekvens-strømmen vil afhænge af systemparametre, såsom systemforhold, systemevner og topologi af omformerudstyret. Den resulterende styreevne kan anvendes til at forbedre responset fra generatoren under asymmetriske forsyningsnetspændingsforhold.

10 Læren heri tiivejebringer teknikker til modificering af indvirknin gerne fra en forstyrrelse i et elforsyningsnet på et genereringsaktiv (f.eks. en vindmølle). Teknikkerne til modificering af indvirkningen fra forstyrrelsen omfatter opretholdelse af en forbindelse med elforsyningsnettet under en systemfejl og tilvejebringelse af passende adfærd 15 indtil punktet for forbindelse med forsyningsnettet. Ét eksempel på systemfejl omfatter perioder med lav spænding i det mindste i en del af elforsyningsnettet. Ubalancen i fasespændinger forårsaget af systemfejl fører typisk til forhold med negativ sekvens-spænding og -strøm.

Som diskuteret heri omfatter elforsyningsnettet et elektrisk signal, 20 som er et elektrisk trefasesignal. Det skal imidlertid forstås, at diskussion af et trefaseindgangssignal udelukkende er for nemheds skyld og til illustration og ikke er begrænsende for læren heri. Læren heri kan for eksempel anvendes på andre flerfase- eller mangefaseindgangssignaler.

Som anvendt heri henviser udtrykkene "forstyrrelse", "forsynings-25 netforstyrrelse", "fejl", "systemfejl", "transient" og andre lignende udtryk generelt til en hvilken som helst hændelse, der forårsager forstyrrelser i indgangssignalet fra elforsyningsnettet. Eksempler på hændelser, der kan forårsage en forstyrrelse i forsyningsnetsignalet (f.eks. en fejl på et elforsyningsnet), er velkendte og diskuteres ikke yderligere 30 heri. Generelt og som diskuteret heri regnes forsyningsnetsignalet for at omfatte et trefasesignal, der omfatter sekvenskomposanter med bestemte frekvenser. Eftersom diverse genereringsanlæg bidrager til forsyningsnetsignalet, og eftersom der kan forekomme en række fænomener, herunder transiente hændelser, er det uundgåeligt, at se- 6 DK 176853 B1 kvenskomposanterne af forsyningsnetsignalet kan forringes eller variere i nogen grad. Sekvenskomposanterne kan for eksempel udvikle harmoniske frekvenser eller faseforskydninger - to ting, der kan besværliggøre effektiv funktion af styresystemer og andre aspekter af forsyningsnet-5 tets præstation. Generelt og som anvendt heri regnes trefasesignalet for at omfatte komposanter med positiv sekvens, komposanter med negativ sekvens og komposanter med nul eller neutral sekvens. Hver kompo-sant omfatter frekvensinformation, faseinformation og størrelsesinformation.

10 Sagt på en anden måde bliver spændingerne i faserne under en typisk forstyrrelse ubalancerede. Som et eksempel kan der forekomme en linje til linje- eller tofasekortslutning, mens den resterende fase opretholder en systemspecificeret spænding. I sådanne tilfælde vil forsyningsnetsignalet have komposanter med negativ sekvens og komposan-15 ter med positiv sekvens.

Det faktiske respons fra et generatorstyresystem på en given fejltilstand vil afhænge af målene for drift af genereringssystemet. For at bidrage til at cleare de fejlramte linjer, er ét passende respons for eksempel at tilføre en rigelig mængde strøm (over normale niveauer) til 20 elforsyningsnettet. Denne teknik giver de beskyttelsesindretninger, som fører fejlstrømmen, en mulighed for at cleare ved et beskyttelsespunkt nærmest fejlen, hvorved den uønskede aktion af et højererangerende system eller en reservebeskyttelse reduceres.

Læren heri muliggør minimering af forstyrrelse og opretholdelse af 25 forbindelse til elforsyningsnettet ved at styre spændingen af den positive sekvens og reagere på spændingen af den negative sekvens. Det vil sige, at i en typisk udførelsesform tilvejebringer de heri beskrevne teknikker respons på negativ sekvens-spændingen på en sådan måde, at småsignallinearitet opretholdes, medens der anvendes en fremgangs-30 måde, som bevidst styrer et kvantum negativ sekvens-strøm. Negativ sekvens-strømmen transformeres (eller "orienteres") og "injiceres" derefter ind i det elektriske netværk. Strøminjektion gør det muligt at opretholde kontrol med systemet og reducerer de barske indvirkninger fra transienter på systemkomponenter. Denne tilgang omfatter endvidere 7 DK 176853 B1 lineær karakterisering af systemadfærd og understøtter systemdesign og analyse, hvilket muliggør systemfunktionsdygtighed og -præstation som respons pi en lang række scenarier og specifikationer.

Som diskuteret heri henviser "småsignallinearitet" til anvendelse af 5 et signal, der er inden for en regulators område. Det vil sige, at småsignallinearitet tilvejebringer et signal, som er inden for et signalområde, der tillader regulatoren at opretholde drift i henhold til designet. Opretholdelse af småsignallinearitet muliggør fortsat drift af systemerne som beskrevet heri og forhindrer aktivering af beskyttelsesforanstalt-10 ninger, såsom aktivering af overspændingsbeskyttelseskredsløbet 410.

Desuden understøtter anvendelse af strøminjektion (også omtalt som "strømkompensering") forskellige grenkredsløbsbeskyttelses- og spændingskompenseringsordninger. Dette er afgørende for design af et robust genereringssystem, eftersom de regler, der anvendes i gren-15 kredsløbsbeskyttelse og spændingsunderstøttelse er meget udbredte og klare inden for fagområdet. For at gøre det muligt for adskillige forskellige effektproducenter at være på et enkelt forsyningsnet, kan aspekter af strøminjektion styres og bringes til at overholde forskellige standarder og udstyrsspecifikationer.

20 For at sætte læren ifølge den foreliggende opfindelse i kontekst, gives der nu en gennemgang af aspekter af komponenter til generering af elektricitet under anvendelse af en vindmølle. Idet der henvises til fig.

1, er der vist et eksempel på en udførelsesform af aspekter af vindmøllesystemer 350.

25 I denne udførelsesform omfatter en rotor 106 flere rotorvinger 108 koblet til et roterende nav 110, og de definerer sammen en propel (f.eks. en tredive-meters propel). Propellen er koblet til en gearkasse 118, som igen er koblet til en generator 120. I denne udførelsesform er generatoren 120 en dobbeltfødet asynkrongenerator 120 (også kendt 30 inden for fagområdet som en "viklet rotor" og heri omtalt som en "DFIG 120"). Der er også koblet et tachometer 352 til generatoren 120, som muliggør overvågning af hastigheden af generatoren 120.

Generatoren 120 er typisk koblet til en statorsynkroniseringsafbry-der 358 via en statorbus 354 og er også koblet til en effektomformer- 8 DK 176853 B1 komponent 362 via en rotorbus 356. Statorbussen 354 tilvejebringer output af trefaseeffekt fra en stator (ikke vist) af generatoren 120, og rotorbussen 356 tilvejebringer output af trefaseeffekt fra en rotor (ikke vist) af generatoren 120. Statorsynkroniseringsafbryderen 358 er for-5 bundet til en systemafbryder 376 via en systembus 360. Under særlig henvisning til effektomformerkomponenten 362 er generatoren 120 koblet til et rotorfilter 364 via rotorbussen 356. Rotorfiltret 364 er koblet til en omformer 366 på rotorsiden. Omformeren 366 på rotorsiden er typisk koblet til en omformer 368 på linjesiden, der også er koblet til 10 både et linjefilter 370 og en linjekontaktor 372. I udføreiseseksempler er omformeren 366 på rotorsiden og omformeren 368 på linjesiden konfigureret til en normal driftstilstand i et trefase-, toniveau-, impulsbred-demodulationsarrangement (PWM-arrangement) under anvendelse af Insoleret Gate Bipolær Transistor-afbryderindretninger (IGBT-afbryder-15 indretninger) (ikke vist). Omformeren 366 på rotorsiden og omformeren 368 pi linjesiden er koblet via en jævnstrømsforbindelse 435, over hvilken jævnstrømsforbindelseskondensatoren 436 ligger.

Effektomformerkomponenten 362 omfatter også en styreenhed 374 til at styre funktionen af omformeren 366 pi rotorsiden og omfor-20 meren 368 på linjesiden og som beskrevet mere detaljeret heri. Det skal bemærkes, at styreenheden 374 i typiske udførelsesformer er konfigureret som en grænseflade mellem effektomformerkomponenten 362 og et styresystem 300. Det skal desuden bemærkes, at når der heri henvises til en "bus", angår dette en hvilken som helst kommunikations- eller 25 transmissionsforbindelse, der omfatter én eller flere ledere eller linjer, som definerer eller danner en elektrisk vej, en kommunikationsvej eller en anden type vej.

I typiske udførelsesformer er linjekontaktoren 372 koblet til . en omformerafbryder 378 via en linjebus 388. Omformerafbryderen 378 er 30 også koblet til systemafbryderen 376 via systembussen 350. Det skal bemærkes, at udgangslinjerne fra omformerafbryderen 378 og linjerne i systembussen 360 kan være koblet på en hvilken som helst måde, der er kendt inden for fagområdet, herunder ved at forbinde til hinanden 9 DK 176853 B1 svarende linjer med hinanden (f.eks. til hinanden svarende effektfaselin-jer) under anvendelse af en strømsummationsteknik.

Systemafbryderen 376 er koblet til en transformer 380, som er forbundet til en forsyningsnetafbryder 382. Forsyningsnetafbryderen 5 382 er forbundet til et mellemspændingsfordelingsafsnit via en forsy ningsnetbus 384.

Under drift leveres effekt genereret ved generatoren 120 af den roterende rotor 106 via en dobbelt vej til et effektforsyningsnet. De dobbelte veje er defineret af statorbussen 354 og rotorbussen 356. På 10 rotorbussen 356's side omformes sinusformet trefasevekselstrømseffekt (AC-effekt) til jævnstrømseffekt (DC-effekt) ved hjælp af effektomfor-merkomponenten 362. Rotorfiltret 364 anvendes typisk til at kompensere eller justere for ændringshastigheden af omformeren 366 på rotorsidens PWM-signaler, og linjefiltret 370 anvendes til at kompensere eller 15 justere for harmoniske strømme i omformeren 368 pi linjesidens PWM-signaler. Den omformede effekt fra effektomformerkomponenten 362 kombineres med effekten fra statoren af generatoren 120 for at tilvejebringe trefaseeffekt med en frekvens, der holdes i det væsentlige konstant, for eksempel på et AC-niveau på tres hertz. Effektomformerkom-20 ponenten 362 kompenserer eller justerer frekvensen af trefa seeffekten fra rotoren af generatoren 120 for ændringer. Et tydeligt eksempel er ændringer i rotationshastigheden af navet 110. Det skal bemærkes, at statorsynkroniseringsafbryderen 358 synkroniserer trefaseeffekten fra statoren af generatoren 120, som kombineres med trefaseeffektoutput-25 tet fra effektomformerkomponenten 362.

Afbryderne i vindmøllesystemet 350, herunder omformerafbryderen 378, systemafbryderen 376 og forsyningsnetafbryderen 382, er konfigureret til at frakoble tilsvarende busser, for eksempel når der er udsædvanlig stor strømmængde, som kan beskadige komponenterne af 30 vindmøllesystemet 350. Der er også tilvejebragt yderligere beskyttel-seskomponenter, herunder linjekontaktoren 372, der kan tilvejebringe frakoblinger ved at åbne en afbryder (ikke vist) for hver af linjerne i linjebussen 388.

10 DK 176853 B1

Det skal bemærkes, at vindmøllesystemet 350 kan modificeres til at fungere i forbindelse med forskellige effektsystemer, etc. Almindeligvis genererer vindmøllesystemet 350 effekt, som det er kendt inden for fagområdet. Det skal også forstås, at aspekter af vindmøllesystemer 5 350 som diskuteret heri blot er illustrative og ikke begrænsende.

I forskellige udførelsesformer modtager effektomformerkomponen-ten 362 styresignaler fra for eksempel styresystemet 300 via styreenheden 374. Styresignalerne er blandt andet baseret på registrerede betingelser eller driftskarakteristika for vindmøllesystemet 350 som be-10 skrevet heri. Styresignalerne tilvejebringer typisk styring af funktionen af effektomformerkomponenten 362. For eksempel kan tilbagemelding fra tachometeret 352 i form af registreret hastighed af generatoren 120 anvendes til at styre omformningen af udgangseffekten fra rotorbussen 356 for at opretholde en passende og balanceret trefaseeffektforsyning.

15 Der kan også anvendes anden tilbagemelding,fra andre sensorer af styresystemet 300 til at styre effektomformerkomponenten 362, herunder for eksempel tilbagemeldinger om stator- og rotorbusspændinger og strømme. Ved at anvende de forskellige former for tilbagemeldingsinformation, og for eksempel afbryderstyresignaler, kan statorsynkronise-20 ringsafbryderstyresignaler og systemafbryderstyresignaler (udløsesignaler) genereres på en hvilken som helst kendt måde.

Idet der henvises tii fig. 2, er der vist aspekter af en typisk topologi 400 for den dobbeltfødede asynkrongenerator (DFIG) 120, som anvendes ved elektrisk generering med vindmøller. Styresystemet 300 25 måler typisk spændingen, strømmen, hastigheden og positionen af roto- » ren 106 og tilvejebringer styring af afbrydelsen af både omformeren 366 på rotorsiden og omformeren 368 på linjesiden.

Idet der henvises til fig. 3, er der vist aspekter af den typiske topologi 400, hvor der er inkluderet en systembeskyttelsesfacilitet, der om-30 tales som et overspændingsbeskyttelseskredsløb 410. I typiske udførel-sesformer er overspændingsbeskyttelseskredsløbet 410 en fuldt styrbarbar kortslutningsindretning. I andre udførelsesformer opnås overspændingsbeskyttelsen ved en styreaktion af omformeren 366 på rotorsiden. I disse udførelsesformer er omformeren 366 på rotorsiden typisk 11 DK 176853 B1 konfigureret til at begrænse aktiveringer af overspændingsbeskyttelseskredsløbet, når styringen er retableret.

Eftersom vindmøllesystemet 350 er følsomt over for forstyrrelser i forsyningsnettet, og eftersom præstationskrav til forsyningsnettet typisk 5 nødvendiggør, at vindmøllesystemer 350 forbliver forbundet til forsyningsnettet 384 under hver forstyrrelse (dvs. for at opfylde krav om at klare sig gennem lavspændinger (LVRT)), er overspændingsbeskyttel-seskredsløb 410 typisk blevet anvendt som en beskyttelsesforanstaltning. Én udførelsesform af overspændingsbeskyttelseskredsløbet 410 er 10 illustreret i fig, 3. I nogle andre udførelsesformer er overspændingsbe-skyttelseskredsiøbet 410 integreret med omformeren 366 på rotorsiden.

Uanset placeringen eller konfigurationen af overspændingsbeskyttelseskredsløbet 410 vil overspændingsbeskyttelseskredsløbet 410, når det er aktivt, beskytte omformeren 366 pi rotorsiden ved at forhindre stor 15 strøm ind i jævnstrømskondensatorerne 436. Nar overspændingsbeskyttelseskredsløbet 410 er aktivt, forhindres omformeren 366 på rotorsiden i at styre DFIG 120.

Idet der henvises til fig. 4, er der vist aspekter af den typiske topologi 400, hvor der er inkluderet en anden systembeskyttelsesfacilitet -20 en dynamisk bremseenhed 700. I denne udførelsesform er den dynamiske bremse 700 inkluderet hen over jævnstrømsbussen 435. I typiske udførelsesformer omfatter den dynamiske bremse 700 en fuldt styrbar kortslutningsindretning, der er anbragt i serie med en modstand. Den dynamiske bremse 700 forhindrer typisk jævnstrømsbussen 435 i over-25 spænding og beskytter således omformeren 366 på rotorsiden og omformeren 368 på linjesiden. Ved anvendelse af den dynamiske bremse 700 aktiveres overspændingsbeskyttelseskredsløbet 410 sjældnere, således at styrbarheden af omformeren 366 pa rotorsiden under forsyningsnetforstyrrelse forbedres. Desuden kan overspændingsbeskyttel-30 seskredsløbet 410, i en anden tilgang og ved anvendelse af den dynamiske bremse 700 med tilstrækkelig stor nominel effekt, elimineres eller modificeres. Denne anden tilgang vil imidlertid typisk fordre et design af den dynamiske bremse 700, som nødvendiggør en dyr og omfangsrig implementering deraf. Fagmanden vil forstå, at dette problem kan tak- 12 DK 176853 B1 les i overensstemmelse med læren heri, der kan benyttes til at reducere kapaciteten af den dynamiske bremse 700 og aktivering af overspændingsbeskyttelseskredsløbet 410, Når forsyningsnettet 384 har en asymmetrisk fejl, vil overspæn-5 dingsbeskyttelseskredsløbet 410 hyppigt aktiveres, det vil sige, at DFIG'en 120 ofte ikke er styret. Dette problem gør det meget vanskeligt at styre aktiv effekt og reaktiv effekt til forsyningsnettet 384 under fejlsituationen. Dette problem kan takles i overensstemmelse med læren heri, der tilvejebringer strømkompensering.

10 Strømkompensering 500 kan generelt beskrives som involverende tre stadier, der er vist i fig. 5. I et første stadium følges spændingssignaler med positiv fasesekvens og spændingssignaler med negativ fasesekvens og spændingen af jævnstrømsforbindelsen 435. Det at følge spænding 510 muliggør blandt andet modellering af den spænding med 15 negativ fasesekvens, som ikke kan rummes for en given driftstilstand. I et andet stadium sker der en transformering af overskydende spændingssignal med negativ fasesekvens til et rotorstrømsignal, og der sker orientering af spændingen med negativ fasesekvens for påtrykning på XY-regulatorer i styreenheden 374. Efter spændingsorienteringen 520 20 fordrer strømkompensering 500 påtrykning af det orienterede signal ved fejlknudepunktet til XY-strømregulatoren i styreenheden 374, hvilket effektivt justerer tilbagekoblingen og kompenserer noget af signalet fra forsyningsnetforstyrrelsen.

inden strøminjektionen 540 og typisk (men ikke nødvendigvis) ef-25 ter spændingsorienteringen 520, fuldføres opnåelse af systemparametre 530. Eksempler på systemparametre omfatter parametre såsom systemforhold, systemevner og topologi. Kendskab til systemparametre muliggør bestemmelse af restriktioner, begrænsninger og mål for injektion af strøm på en måde, der vil imødegå brugermål. På denne måde 30 kan i det mindste en del af størrelsen af komposanten med negativ sekvens anvendes til injektion, hvor den i det mindste ene del er inden for et forudbestemt område. I typiske udførelsesformer står det forudbestemte område for de forskellige system para metre og et mål for opretholdelse af småsignallinearitet.

13 DK 176853 B1

Strøminjektion 540 minimerer indvirkningen fra forsyningsnetforstyrrelsen på rotoromformerstyringen, hvilket reducerer aktiveringshyppigheden af systembeskyttelsesfaciiiteter, såsom overspændingsbeskyttelseskredsløbet 410, såvel som den nødvendige ydeevne for den 5 dynamiske bremse 700. Det vil sige, at vindmøllesystemet 350 understøttes i at klare sig gennem lavspændinger.

Idet der henvises tit fig. 6, er der vist et forhold af effektkilder. I fig. 6 leverer forsyningsnetbussen 384 et forsyningsnetspændingssignal med negativ sekvens (VS(neg) og et forsyningsnetstrømsignal med nega-10 tiv sekvens (Is,neg) til DFIG'en 120. På samme måde leverer omformeren 366 på rotorsiden et rotorspændingssignal med negativ sekvens (Vrrneg) og et rotorstrømsignal med negativ sekvens (Ir,neg) til DFIG'en 120. Disse udtryk anvendes også i fig. 7.

I fig. 7, som er en variation af forholdene fra fig. 6, er der vist 15 aspekter af negativ sekvens-spændingerne i vindmøilesystemet 350. Ud over de variabler, der er etableret i fig. 6, repræsenterer summen (Xs,neg+Xr,neg) negativ sekvens-impedansen for DFIG'en 120. Fig. 7 viser, at den nødvendige negativ sekvens-spænding for omformeren 366 på rotorsiden kan reduceres ved at injicere yderligere negativ sekvens-20 strøm i DFIG'en 120. Dette er væsentligt, eftersom omformeren 366 pi rotorsiden har begrænset evne til at understøtte både positiv og negativ sekvens-spænding. Reduktion af negativ sekvens-spænding gør det muligt at påtrykke yderligere positiv sekvens-spænding på elforsyningsnettet 384. Det er således muligt at forbedre styringen af positiv sekvens-25 strømmen og at styre den aktive og reaktive positive sekvens-effekt.

Når der injiceres negativ sekvens-strøm i DFIG'en 120, omfatter strømmen Ir neg typisk en 90-graders fase, der er foran negativ sekvensspændingen af forsyningsnettet 384 i forhold til den positive sekvens' omdrejningsretning. Det at være foran negativ sekvens-spændingen af 30 forsyningsnettet 384 tilvejebringer et forbrug af reaktiv effekt med negativ sekvens. Ved anvendelse af forskellige værktøjer, som ikke er diskuteret heri, er det muligt at måle størrelsen og fasen af både positiv sekvens-spændingen og negativ sekvens-spændingen i signalet fra forsyningsnettet 384. Når disse størrelser er kendt, kan den korrekte fase 14 DK 176853 B1 og størrelse for orientering af i det mindste en del af størrelsen af kom-posanten med negativ sekvens til injektion i elforsyningsnettet 384 bestemmes.

For mere dybdegående diskussion eller diskussion fra en anden 5 vinkel benyttes der nu nogle konventioner, der anses som nyttige til diskussion af aspekter af de forskellige signaler. Som anvendt heri omfatter en "instrumentsignal"-spænding (Vsignai) positiv sekvens-spændingen, negativ sekvens-spændingen og fasevinklen for hver af komposan-terne med positiv sekvens og komposanterne med negativ sekvens; 10 spænding (Vbehov) henviser til den målte størrelse af negativ sekvensspænding; spænding (VtMiadt) henviser til det spændingsfrirum, som er tilbage, efter at positiv sekvens-spændingen er blevet opfyldt; spænding (Vunderskud) henviser til den ikke-understøtbare størrelse af negativ sekvens-spænding; strøm (Ikomp) henviser til den kompenseringsstrøm, 15 som er forbundet med underskudsspændingen, og som er tilgængelig til strøminjektion 530; mens strøm (Ikompxy) henviser til de sekvenskompo-santer af kompensering, som fordeles og drejes, når der tilføjes strøm (Ikompxv) til strømregulatorfejlknudepunkterne.

Idet der henvises til fig. 8, er der vist aspekter af strømkompense-20 ring 500 og signalanalyse. I fig. 8 vurderes et indgangssignal, typisk i styreenheden 374. Typisk bestemmes en forskel mellem jævnstrømsforbindelsesspændingen 601 og størrelsen af positiv sekvens-spændingen 602 for at definere en tilladt spændingsmargin (V^adt) 603, som er tilgængelig til at understøtte harmoniske spændinger (og kompenserin-25 gen deraf). Hvis det antages, at transformationer mellem statorkredslø-bene og rotorkredsløbene håndteres korrekt, definerer forskellen mellem det faktiske behov for negativ sekvens-spænding (Vbehov) 604 og tilladt spændingsmargin (Vonaat) 603 (som er fastlåst til positive værdier) mængden af underskudsspænding (Vunderskud) 605 eller den negativ se-30 kvens-spænding, som ikke kan rummes. Nettoimpedansen, der er udtrykt som en reaktans, anvendes til at omsætte underskudsspændingen (Vunderskud) 605 til en strømstørrelse og tilvejebringer således et kompenseringsstrømsignal 606 (eller blot kompenseringsstrøm 606).

15 DK 176853 B1

Idet der henvises til fig. 9, er der vist en anden udførelsesform af signalanalyse til strømkompensering 500. Fig. 9 viser en udførelsesform af behandling, som anses for at være en tilnærmelse af den i fig. 8 viste udførelsesform. Som det er tilfældet med den i fig. 8 viste udførelses-5 form, muliggør en behandlingsenhed, typisk styreenheden 374, bestemmelse af spændingsbehovet 604 og den tilladte spænding 603 og bestemmer underskudsspændingen 605. Underskudsspændingen 605 omformes til kompenseringsstrøm 606.

I begge udførelsesformer skal kompenseringsstrømsignalet 606 10 (en skalær størrelse) allokeres mellem X-aksen og Y-aksen i referencerammen med negativ sekvens. Den resulterende vektor skal endvidere reorienteres til referencerammen med positiv sekvens. Disse X-akse- og Y-akse-komposanter lægges til fejlknudepunkter af X-Y-strømregulato-ren efter reorienteringsstadiet.

15 Fig. 10 viser aspekter af stadiet spændingsorientering 520. I fig.

10 opdeles og drejes kompenseringsstrømmen 606 for tilføjelse af de passende bidrag til strømregulatorfejlknudepunkterne som signalparret (komp XY), 607.

I en yderligere udførelsesform (ikke vist) bestemmes negativ se-20 kvens-injektionsstrømmen (komp XY 607) ved at detektere mætningsstatussen for en regulator designet til at styre negativ sekvensstrømmen. Detektoren (ikke vist) kan anvendes til at modificere værdien af en skalær kompenseringsterm, som derefter fordeles og drejes på en måde, der ligner udføreisesformen beskrevet ovenfor under henvis-25 ning til fig. 10. Med denne tilgang kan komp XY 607 reguleres for at opretholde linearitet af strømregulatorerne.

Forøgelse af den injicerede negativ sekvens-strøm (Ir,neg) vil reducere den nødvendige negativ sekvens-omformerspænding (Vrineg) som vist i fig. 11. Denne reduktion er vist som værende fra C til D. I medfør 30 heraf forøges den tilgængelige positiv sekvens-omformerspænding (Vr.pos) fra A til B. Når systemets evne til at styre positiv sekvens-strøm (Ir,pos) forøges fra A til B, så forøges også evnen til at injicere aktiv effekt med positiv sekvens såvel som reaktiv effekt med positiv sekvens.

16 DK 176853 B1

Den samlede strøm, herunder både negativ sekvens-strøm (Ir,neg) og positiv sekvens-strøm (Ir,Pos) skal ikke overstige den samlede strømkapacitet Ir,max/ af omformeren 366 på rotorsiden (vist som mellem B og D). Eftersom den samlede strømkapacitet Ir,max af omformeren 366 på 5 rotorsiden er kendt, kan man beregne den maksimale negativ sekvens-strøm {punkt D) og akti ve/reaktive positiv sekvens-strøm (punkt B), som systemet 350 kan injicere i forsyningsnettet. Også den minimale negativ sekvens-strøm (punkt C), som omformeren skal injicere for at gøre systemet fuldt styrbart, bestemmes, når positiv sekvens-strømmen 10 IriP0S er nul (punkt A). Følgelig vil maksimum (punkt D) og minimum (punkt C) definere et funktionsområde for systemet 350.

Én fordel, der er tilvejebragt af læren heri, er en teknik til at reducere strømmen i omformeren 366 på rotorsiden. Der henvises til fremgangsmåden, som er illustreret i fig. 9. En anden fordel er, at der åbnes 15 op for mange flere forhold, under hvilke aktiv/reaktiv effektanfordringer fra en styreenhed på højere niveau (f.eks. møllestyreenhed eller vind-mølleparkstyreenhed) kan imødekommes. En yderligere fordel er en forøget evne til at injicere aktiv effekt i forsyningsnettet eller forøge reaktiv effekt-injektion i forsyningsnettet. Som følge heraf er et genereringssy-20 stem, der benytter læren heri, udstyret til i højere grad at emulere adfærden af traditionelle synkrongeneratorer under forsyningsnettransien-ter og hændelser med negativ sekvens-spænding.

I en vurdering af de foregående udføreisesformer blev der udført simulationer. Der er tilvejebragt to separate afbildninger. Først er der i 25 fig. 12 vist respons på en simuleret transient. I fig, 13 er der vist aspekter af den samme simulerede hændelse. I fig. 13 var præstationen imidlertid forbedret i overensstemmelse med læren heri. Bemærk under henvisning til fig. 12 og fig. 13, at signalerne præsenteret i simulationsdiagrammer er angivet som følger; "Cb_gate" henviser til et gate-signal 30 for en overspændingsbeskyttelseshændelse; "Ldscmvmagn" og "Ldscmvmagp" er signaler for de negative og positive spændingsniveauer; "Iapcc" og "Ibpcc" indikerer omformerstrømmene ved det fælles forbindelsespunkt (pcc). Linje til linje-fejlen blev påtrykt mellem fase A

17 DK 176853 B1 og fase C på forsyningsnetsiden af transformeren 380. "Vca" og "Vab" indikerer linje til linje-spænding ved pcc.

Den simulerede transiente hændelse (hvor fase a og fase c kortsluttes) er en linje til linje-forstyrrelse med signalforringelse til 0 volt.

5 Kortslutningen blev påført ved 0,6 sekunder og fjernet ved 1,0 sekunder.

Idet der henvises til fig. 12, er der vist resultater for et vindmøllesystem 350 ifølge kendt teknik. I fig. 12 oplever vindmøllesystemet 350 flere og vedvarende aktiveringer af "overspændingsbeskyttelseshændel-10 ser", der er opnået ved styreaktion af omformeren 366 på rotorsiden. Overspændingsbeskyttelseshændelserne fortsætter under hele varigheden af forsyningsnetforstyrrelsen. Idet der henvises til fig. 13, giver forstummelsen af gate-signalet for overspændingsbeskyttelseshændelsen (Cb_Gate) en indikation af, at systemregulatorer har kontrol. Efter nogle 15 få overspændingsbeskyttelsesaktiveringer genvandt styreenheden 374 strømstyring og regulerede systemet til de ønskede niveauer. Bemærk at styringen blev genvundet inden for et forholdsvist kort interval.

Den ovenstående beskrivelse fokuserer på injektion af aktiv effekt og reaktiv effekt med positiv sekvens i forsyningsnettet. Fagmanden vil 20 imidlertid indse, at denne opfindelse også gælder for absorbering af aktiv effekt og reaktiv effekt med positiv sekvens fra forsyningsnettet 384, når det er nødvendigt. Med hjælp fra injektion af negativ sekvens-strøm i forsyningsnettet 384, er systemet 350 udrustet til at styre den absorberede aktive og reaktive effekt i henhold til en brugers behov.

25 Bemærk, at den ovenstående beskrivelse antager, at udførelses formerne anvender DFIG'en 120. Fagmanden vil imidlertid indse, at læren heri også kan anvendes til fuldeffektomformersystemer, som vist i fig. 14.

I fig. 14 er der vist en fuldeffektomformersystemtopologi 600.

30 Fuldeffektomformersystemtopologien 600 omfatter en omformer 466 på produktionssiden og en omformer 368 på linjesiden. Omformeren 466 på produktionssiden og omformeren 368 på linjesiden er koblet via jævnstrømsbussen 435. En fuldeffektgenerator 220 føder omformeren 466 på produktionssiden. Det skal forstås, at omformeren 368 på linje- 18 DK 176853 B1 siden, der er forbundet til forsyningsnettet via en transformer, på mange mader ligner omformeren 366 på rotorsiden, som er forbundet til forsyningsnettet via DFIG'en 120. Dette er særligt relevant med hensyn til evnen til at injicere strøm i forsyningsnettet, og aspekter deraf kan 5 være ombyttelige. I overensstemmelse hermed begrænser disse eksempler på omformere ikke læren heri.

Der kan være omfattet andre komponenter, som er beskrevet ovenfor, eller som er kendt inden for fagområdet. For eksempel er filteret 370 også omfattet i denne illustration.

10 I denne udførelsesform er læren heri typisk blot implementeret for omformeren 368 på linjesiden. Injektion af negativ sekvens-strømmen ved hjælp af omformeren 368 på linjesiden i forsyningsnettet 384 vil forøge fuldeffektgeneratorens evne til at styre positiv sekvens-strømmen. Som følge heraf forøges evnen til at injicere aktiv effekt eller reak-15 tiv effekt med positiv sekvens. Ved kendskab til strømkapaciteten for omformeren 368 på linjesiden for fuldeffektomformersystemet, kan ka-pacitetsområdet for injektion af negativ sekvens-strøm og positiv sekvens-strøm i forsyningsnettet 384 bestemmes. Brugeren kan vælge at fortsætte aspekter af strøminjektionen inden for området og i henhold 20 til præference eller behov.

Fagmanden vil indse, at teknikker til strømkompensering 500 kan anvendes på en række måder. For eksempel kan strømkompensering 500 være undergivet operation af software eller firmware. Softwaren og firmwaren er typisk implementeret i styreenheden 374 for at tilvejebrin-25 ge hurtig justering af vindmøllesystemet 350. Dette er imidlertid blot illustrativt og ikke begrænsende for de udførelsesformer, der er beskrevet heri.

Selvom opfindelsen er blevet beskrevet under henvisning til et eksempel på en udføreisesform, vil det være klart for fagmanden, at der 30 kan foretages adskillige ændringer, og at ækvivalenter kan anvendes i stedet for elementer deraf uden at afvige fra opfindelsens rammer. Derudover kan der foretages mange modifikationer for at tilpasse en bestemt situation eller et materiale til læren ifølge opfindelsen uden at afvige fra de væsentlige rammer deraf. Det er derfor hensigten, at opfin- 19 DK 176853 B1 delsen ikke skal være begrænset ti! den bestemte udførelsesform, der er beskrevet som den bedst tænkte måde til udførelse af denne opfindelse, men at opfindelsen skal omfatte alle udførelsesformer, som falder inden for rammerne af de vedhæftede krav.

5

Henvisningstalsliste

Faktisk behov for negativ sekvens-spænding (Vbehov) 604 Tilladt spænding 603 Tilladt spændingsmargin (Vtiiiadt) 603 10 Mængde af underskudsspænding (Vunderskud) 605 Kompenseringsstrøm 606 Kompenseringsstrømsignal 606 Styresystem 300 Styreenhed 374 15 Omformerafbryder 378

Overspændingsbeskyttelseskredsløb 410 (crowbar)

Strømkompensering 500 Strøminjektion 530 Strøminjektion 540 20 Strømregulatorfejlknudepunkter som signalparret (komp XY), 607.

Jævnstrømsbus 435 Jævnstrømskondensatorer 436 Jævnstrømsforbindelse 435 Jævnstrømsforbindelseskondensator 436 25 Jævnstrømsforbindelsesspænding 601

Dobbeltfødet asynkrongenerator (DFIG) 120 Dynamisk bremse 700 Elforsyningsnet 384 Filter 370 30 Fuldeffektgenerator 220 Gearkasse 118 Generator 120 Forsyningsnet 384 Forsyningsnetafbryder 382 20 DK 176853 B1

Forsyningsnetbus 384 Nav 110 Linjebus 388 Linjekontaktor 372 5 Linjefilter 370

Omformer 368 på linjesiden Linjer af systembussen 360 Størrelse af positiv sekvens-spænding 602 Effektomformerkomponent 362 10 Omformer 466 på produktionssiden Roterende nav 110 Rotor 106 Rotorvinger 108 Rotorbus 356 15 Rotorfilter 364

Omformer 366 på rotorsiden Underskudsspænding 605 Stadium for spændingsorientering 520 Statorbus 354 20 Statorsynkroniseringsafbryder 358 System 350 Systembus 360 Systemafbryder 376 Systemparametre 530 25 Systemtopologi 600 Tachometer 352 Styresystemet 300 Styreenheden 374 Effektomformerkomponenten 362 30 Transformer 380 Typisk topologi 400 Spændingsbehov 604 Spændingsorientering 520 Det at følge spænding 510

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til reducering af en indvirkning fra en forstyrrelse i et elforsyningsnet (384) på en generator (120), der er koblet til forsyningsnettet (384), kendetegnet ved, at fremgangsmåden omfatter: at følge i det mindste en komposant med negativ sekvens og en komposant med positiv sekvens et signal fra elforsyningsnettet (384); at orientere i det mindste en del af størrelsen af komposanten med negativ sekvens til injektion i elforsyningsnettet (384); og at injicere en strøm benyttende den i det mindste ene del i elforsyningsnettet (384) for at reducere forstyrrelsen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at både komposanten med negativ sekvens og komposanten med positiv sekvens omfatter faseinformation, frekvensinformation og størrelsesinformation,

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at det at følge omfatter detektering at forsyningsnettets (384) forstyrrelse.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at den yderligere omfatter opnåelse af parametre for mindst én af elforsyningsnettet (384), generatoren (120) og et styresystem for generatoren (120) inden injektionen.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at der for den i det mindste ene del vælges parametre til at maksimere mindst én af injektionen af aktiv effekt og injektionen af reaktiv effekt.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at injektionen omfatter emulering af en synkrongenerator.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at injektionen reducerer spændings-assymetri i forsyningsnettets (384) signal.

8. Apparat til reducering af en indvirkning fra en forstyrrelse i et elforsyningsnet (384) på en DK 176853 B1 generator (120), der er koblet til forsyningsnettet (384), kendetegnet ved, at apparatet omfatter: en styreenhed (374) til at følge i det mindste en komposant med negativ sekvens og en komposant med positiv sekvens i et signal fra elforsyningsnettet (384), til at orientere i det mindste en del af størrelsen af komposanten med negativ sekvens til injektion i elforsyningsnettet (384), og til at injicere en strøm benyttende den i det mindste ene del i elforsyningsnettet (384) for at reducere forstyrrelsen.